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Molecular Beam Epitaxy deposition system for the SIM beamline at the Swiss Light Source

Applicant Fernandes Vaz Carlos Antonio
Number 157743
Funding scheme R'EQUIP
Research institution Paul Scherrer Institut
Institution of higher education Paul Scherrer Institute - PSI
Main discipline Condensed Matter Physics
Start/End 01.08.2015 - 31.07.2016
Approved amount 175'650.00
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All Disciplines (2)

Condensed Matter Physics
Material Sciences

Keywords (6)

Multiferroics; Molecular Beam Epitaxy; Thin Film Growth; Magnetism; Metal Oxides; Complex Oxides

Lay Summary (German)

Dieses Gesuch beinhaltet den Bau einer Ultrahochvakuumkammer zum Herstellen von ultradünnen Oxidschichten mit der molekularen Strahlepitaxie die mit dem Photoemissionsmikroskop der Synchrotronlichtquelle Schweiz verknüpft werden kann. Sie wird verwendet um Dünnschichten von künstlichen Heterostrukturen mit multiferroischen Eigenschaften herzustellen, die dann mit dem Photoemissionsmikroskop untersucht werden können.
Lay summary

Kammer zur Herstellung von dünnen Schichten mithilfe der molekularen Strahlepitaxie an der SIM Strahllinie der Synchrotronlichtquelle Schweiz

In den letzten Jahren haben die Untersuchungen von ultradünnen Oxidschichten sehr stark zugenommen. Solche Schichten können nicht nur Eigenschaften besitzen, die im Festkörper so nicht vorkommen. Ihre Eigenschaften  können auch durch die Wahl des Substrates oder durch das Anlegen von elektrischen Feldern einfacher verändert und optimiert werden, was  besonders  für mögliche elektronische Anwendungen von Interesse ist.

Dieses Projekt beinhaltet den Bau einer Kammer, die zur Herstellung solcher Schichten dient und direkt mit der  SIM Strahllinie verknüpft ist. Dies ermöglicht es die Schichten mit dem Photoemissionsmikroskop der Strahllinie zu untersuchen und  deren Eigenschaften mit einer Ortsauflösung, die relevant für mögliche Anwendungen ist, zu testen. Geplant ist unter anderem das Wachstum von künstlichen Multiferroika. Dies sind Materialien die aus zwei Komponenten bestehen, einer ferroelektrischen und einer magnetischen, die in direkten Kontakt sind. Dies erlaubt es den Magnetismus mit elektrischen Feldern zu Optimieren und zu Schalten.

Direct link to Lay Summary Last update: 03.06.2015

Responsible applicant and co-applicants

Associated projects

Number Title Start Funding scheme
160186 Manipulating the magnetic properties of individual nanoparticles 01.12.2015 Project funding (Div. I-III)
153540 Magnetoelectric dynamic response of artificial multiferroic heterostructures 01.04.2015 Project funding (Div. I-III)
184684 Controlling the correlated state of matter at oxide interfaces 01.02.2020 Project funding (Div. I-III)


The recent surge of discoveries in interfacial and nanoscale phenomena has been made possible by the ability to grow materials systems with unprecedented degrees of crystalline perfection and with atomic control over the crystal structure and material parameters. Such ability has emerged with the development of advanced thin film growth techniques, such as molecular beam epitaxy (MBE), magnetron sputtering, and pulsed-laser deposition, which have enabled the growth of materials that do not occur spontaneously in Nature and whose properties can be tailored at the atomic level. Among these techniques, MBE is unrivalled in terms of control over the growth process and film quality. In particular, the growth of metal oxide compounds by MBE (oxide-MBE) has enabled the synthesis of very high quality metal oxide thin films, heterostructures, and superlattices, with novel functionalities that are absent in the bulk counterparts.In this proposal, we ask for funding for a research-grade oxide-MBE system to be built at the SIM beamline of the Swiss Light Source to enable the growth and fabrication of high quality thin films and heterostructures of metal oxides, including ferromagnetic, ferroelectric, and multiferroic compounds. The availability of such a tool will enable us to investigate the dynamics of the magnetoelectric coupling of multiferroic systems, including single phase and artificial heterostructures, using x-ray synchrotron light spectroscopy and scattering techniques. The system is designed to allow sample transfer from the growth chamber to the beamline in vacuum, making in situ spectroscopy studies possible. It complements existing growth systems and provides a tool uniquely suited to the growth of high quality complex oxide ultrathin films and heterostructures for the investigation of the magnetic, ferroelectric, and magnetoelectric properties of materials. This project also provides an excellent venue for the diffusion of a state-of-the-art growth technique in Switzerland and will strengthen the current research effort towards the fabrication and tailoring of novel electronic and functional materials, which is recognised as being of critical scientific and societal importance.